滚动阻力基础知识

低滚阻轮胎的发展状况
轮胎滚动阻力指标的制定背景
1、全世界的城市化进程使得汽车成为维持人们生存活动 的必要手段之一。 2、全世界的汽车总量将会在2020年到达15亿辆，而中 国将会达到1亿辆。 3、西方在二战后的经济腾飞，东方和中南美近年来的经 济迅速发展，人类的行为已显著的改变了大气的化学构成 （温室气体的大量生成）。 4、温室效应和能源危机、环境危机已严重制约了全世界 经济的可持续发展。
按照ISO标准:8767,在2.1bar 压力条件下测得的滚动阻力
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎负载对滚阻的影响
随负载增加轮胎滚 阻系数CR会变小。 但实际滚动阻力会 增加，因为轮胎负载增 加后相应增加了其摩擦 力、重力和驱动力。
Z=以最大设计载荷百分比表示的轮胎上的垂直加载
按照ISO标准8767,在胎的最大载荷能力80%的负荷条件下测得的滚动阻力
低滚阻轮胎的发展状况
各国政府涉及有关轮胎滚动阻力方面的法 规：中国
进一步假设中国卡车全部使用低滚阻轮胎，按比普通子午 线轮胎节约燃油3%计 那么每年可节约柴油：14X106 X（8%+3%）=1.54 X106（吨）
低滚阻轮胎的发展状况
各国政府涉及有关轮胎滚动阻力方面的法 规：中国
有些新的高科技材料复合物（如含硅元素）能减低滚 动阻力，同时又不产生值得关注的负面影响
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎花纹型式
较低滚动阻力 条状花纹
较高滚动阻力 块状花纹
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎花纹型式
因此需选择胎面橡胶&花纹设计来降减低滚阻&生热 高滚阻轮胎 低滚阻轮胎
轮胎中对滚动阻力影响的方面
低滚阻轮胎的发展状况
轮胎滚动阻力的指标形式
根据乘用车、商用车使用情况不同，目前国际上正考虑和 比较可行的是： - 对乘用车，由于用途相对比较单一，建议出台一个带有最 高限值的分级体系标准，并在轮胎销售时告知用户滚动阻力与 油耗的关系。由此鼓励轮胎生产企业降低轮胎滚动阻力 - 对商用车，由于用途广泛，各种使用差异较大，建议对各 种用途轮胎提出一个滚动阻力范围，并在轮胎销售时告知用户 滚动阻力与油耗的关系。
低滚阻轮胎的发展状况
各国政府涉及有关轮胎滚动阻力方面的法 规：欧洲
2007年7月6日欧洲轮胎制造商协会向欧盟委员会提出了 轮胎滚动阻力最大值的建议值。
轮胎滚动阻力系数Cr限值 单位：kg/t
轮胎类型 A B C D
乘用车（普）
乘用车（冬） 轻卡（普） 轻卡（冬）
Cr<9.0
Cr<10.0 Cr<7.5 Cr<8.5
低滚阻轮胎的发展状况
各国政府涉及有关轮胎滚动阻力方面的法 规：美国
低滚阻轮胎的发展状况
各国政府涉及有关轮胎滚动阻力方面的法 规：欧洲
欧洲，在欧盟指令2001/43中就有指定轮胎滚动阻力方面 法规的要求； 目前欧洲汽车制造商协会以及日本、韩国汽车制造商协会 正积极寻找减少汽车二氧化碳排放的方法，使用低滚动阻力轮 胎是一个方面。
轮胎中对滚动阻力影响的方面
运行速度对滚阻的影响
只要达到稳定状态 （轿车轮胎大于30分钟； 卡车轮胎大于60分钟） 轮胎滚动阻力基本不变。 然而其所占有车辆 能耗的百分比会下降， 因为速度高时空气阻力 成为主导因素。
轮胎中对滚动阻力影响的方面
充气压力对滚阻的影响
在正常情况下提高 气压会降低轮胎的滚动 阻力，只有在沙漠或特 别松软的路面提高充气 压力不会降低滚动阻力。 单方面为追求降低 滚动阻力而提高轮胎的 充气压力是极其错误的， 也会增加风险（安全 性） 。
因为滚动阻力的原因，轮胎所造成的燃油消耗量约占整个 轿车燃油消耗量的20%，在卡车中，则占1/3。
滚动阻力基本慨念
汽车燃料消耗组成
城市行驶 轮胎滚动阻力 空气阻力 动力传动系统 克服质量 15% 5% 45% 35% 高速公路行驶 轮胎滚动阻力 空气阻力 动力传动系统 25% 60% 15%
滚动阻力基本慨念
橡胶复合材料
橡胶复合材料对滚动阻力的影响： 正面的:提供抓地力；弹性；韧性；耐磨性 负面的:在弯曲、扭曲等变形中产生废热，而这些热能源于 车辆油箱里的燃油
轮胎接地面的变形
聚合物分子链的粘性变形与弹性变形,填充剂与 聚合物分子链之间的磨擦
轮胎中对滚动阻力影响的方面
橡胶复合材料
有些橡胶复合物可以减少滚动阻力，材料的选择取决 于许多设计方面的要求： - 耐磨性；抓地力；耐切割及耐刺扎等
低滚阻轮胎的发展状况
各国政府涉及有关轮胎滚动阻力方面的法 规：中国
根据国际能源署（IEA）的统计中国（大陆）运输业每年 消耗柴油：28X106吨。 假定其中50%用于卡客车运输：14X106吨 假定今天卡客车轮胎子午化率为30%（70%为斜交胎） 假定用子午胎替换斜交胎平均节油8% 那么每年可节约柴油： 14X106X30%X8%=0.34 X106（吨）
轮胎滚动阻力指标的制定背景
境： 1、美国制定了联邦节油CAFE（企业平均燃油经济性），要求 汽车的制造商出售的所有的新车都必须具有一定的平均燃油效 率，如每加仑多少英里。 2、欧洲汽车制造商协会ACEA提出排放新协议，新生产的汽车 每公里的二氧化碳排放量低于一定限值，如每公里多少克。 3、日本和韩国的汽车制造商协会也签署了该排放协议。 在此前提下，发达国家制订了相应的标准法规以期保护环
在轮胎寿命初期，前桥与驱动桥轮胎的滚阻差别大约5kg/t。 在接近花纹磨光（磨损80%）时，前桥与驱动桥的滚阻差别 大约为0.3kg/t。 刻沟后，无论轮胎进一步磨损，也无论前桥或驱动桥，轮胎 的滚阻变化都不大。
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎运行时间对滚阻的影响
轮胎开始运行初期其滚动阻力迅速下降，之后达到平衡
轮胎滚动阻力分布 胎冠 带束层 胎体 胎侧 胎圈 其他 49% 8% 11% 14% 11% 7%
14%源自文库
49%
11% 8%
滚动阻力基本慨念
个人对滚动阻力的感受
骑自行车时，当自行车胎内压很低时骑车会感到很吃 力，这就是由于低气压使自行车胎的滚动阻力增大。
滚动阻力基本慨念
滚动阻力和轮胎的结构的关系
降低胎面胶的tanδ 滞后损失减少 CR减少(另一方面橡 胶的摩擦系数少) 把胎面橡胶做成层结构 上层增大μ 下层降低损失 轮胎形状做成偏平化 轮胎变形减少 滞后损失减少 CR减少 扁平率对于15系列的轮胎是最好的 不需要包 边胶等的补强部材。最低偏平的形状 减少带束层宽度 减少胎面宽度 接地面减少 胎肩部的厚度减少 滞后损失的减少 CR减少 去掉补强材料 补强部材周围的损失会有 CR减少 降低胎侧及周围橡胶的tanδ 滞后损失减少 CR减少 减少带束周围胶料的浪费 CR减少
9.0≤Cr<10.5
10.0 ≤Cr<11.5 7.5≤Cr<9.0 8.5≤Cr<10.0
10.5 ≤Cr<12.0
11.5 ≤Cr<13.0 9.0 ≤Cr<10.5 10.0 ≤Cr<11.5
12.0 ≤Cr<13.5
13.0 ≤Cr<14.5 10.5 ≤Cr<12.0 11.5 ≤Cr<13.0
轮胎花纹磨损程度对滚阻的影响
1、轮胎花纹越深，其滚动阻力就越大，新旧轮胎滚动阻力的 差别大约为20-25%。 2、斜交轮胎新胎CR约为19kg/t，磨光时约为17.5kg/t；而即 使新的子午线轮胎，其CR <17.5kg/t。（以载重型轮胎对比）
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎花纹磨损程度对滚阻的影响
低滚阻轮胎的发展状况
各国政府涉及有关轮胎滚动阻力方面的法 规：欧洲
2006年10月19日出版的《能源使用效率的现状和潜能》 提出采用低滚动阻力轮胎和胎压实时监测系统（欧盟能源委员 会提出）。 轮胎滚动阻力分级和限值已通过议案并提交欧盟委员会， 有望在2008年底形成立法，2009年底开始实施，有一年左右的 过度期。
低滚阻轮胎的发展状况
各国政府涉及有关轮胎滚动阻力方面的法 规：美国
美国，RMA支持出台一个全国性的带有最大限值的联邦轮 胎滚动阻力分级体系，使轮胎的使用者了解滚动阻力和汽车油 耗的关系。 用户有权了解该体系和轮胎油耗与滚动阻力关系的 （HR5632提案）去年已在众议院获得通过。 美国国会已经决定于2007年12月通过立法，要求NHTSA 尽快制定CR分级标准及告知轮胎用户油耗和滚动阻力关系。
低滚阻轮胎的发展状况
轮胎滚动阻力指标的制定背景
5、汽车尾气排放是造成我们地球温室效应的重要原因。 6、据统计，每年全世界50%的石油是消耗在交通运输上。 7、人们的住所与起工作地的距离越来越远。 8、汽车的平均行驶速度越来越快。 9、因此规定主要温室效应气体排放总量限制的《京都议 定书》。
低滚阻轮胎的发展状况
轮胎基础知识之
滚动阻力
滚动阻力基本慨念
什么是滚动阻力?
随着车轮每一次转动，当轮胎与路面接触时，轮胎由于承 重的原因会产生变形。随着轮胎结构的变形，其组成部件会变 热，并且一部分由发动机传输来的能量损耗了：这就是滚动阻 力现象。
由于车辆运行所需的能量是由燃油燃烧提供的，因此降低 轮胎的滚动阻力就会节省燃油消耗，从而减少二氧化碳和其它 温室气体的排放。
滚动阻力是保障车辆运行必须克服的五种阻力之一。其他 四种是空气阻力（取决于车辆的行驶速度）、加速时强大的惯 性（如在城市驾驶时）、爬坡时需要克服的重力以及内部摩擦 力（如传动系统等）。
气动 阻力 摩擦 惯性
传动
重力
滚动阻力基本慨念
滚动阻力的定义
滚动阻力（Fr）为 单位行驶距离的能量损失。 =能量（或功）／距离 注：滚动阻力常用的国际单位是牛顿· 米每米（N· m/m）。 这等效于用牛顿（N）表示的牵引阻力。 滚动阻力系数（Cr）为 用牛顿表示的滚动阻力与用牛顿表 示的轮胎负荷的比值。
低滚阻轮胎的发展状况
轮胎滚动阻力指标的制定背景
轮胎、滚动阻力与汽车能耗 - 普通子午线轮胎的滚动阻力系数值约为14kg/t，而低滚动 阻力轮胎（绿色轮胎）的滚动阻力系数值约为10kg/t。 - 一条低滚动阻力轮胎可比普通轮胎每百公里节约0.5升汽 油（其他条件相同）。 - 在轿车轮胎的使用期内（4万公里）可节约104升。
轮胎结构型式
子午线轮胎 斜交轮胎
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎结构型式
子午线轮胎的滚动阻力比斜交胎低30%~40%，可节 油6~8%。
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎规格对滚阻的影响
外直径大的轮胎滚阻低
按照ISO标准:8767测量的一个规格为175/70R14轮胎的滚动阻力
轮胎中对滚动阻力影响的方面
低滚阻轮胎的发展状况
各国政府涉及有关轮胎滚动阻力方面的法 规：日本
2007年初JATMA会议表决通过制定轮胎滚动阻力标准， 2007年7月由JATMA指定的5家轮胎公司按照ISO28580开始进 行实验室关联性试验，从而为下一步了解日本轮胎市场滚动阻 力水平做准备。 2007年11月至2008年3月日本轮胎市场滚动阻力水平已经 测试完成。JATMA已经通过相关数据分析，准备与政府部门商 讨形成立法事宜。 IEA（国际能源组织）于2008年7月在日本举行G8峰会上， 发表关于低滚阻轮胎与节油关系的正式文件。
滚动阻力的滚动时间效应(轿车胎)
按照ISO标准8767,在30分钟后测量的结果
轮胎中对滚动阻力影响的方面
轮胎温度对滚阻的影响
1、轮胎开始运行的30分钟里其滚动阻力迅速下降。 2、对于卡车轮胎，轮胎运行1小时达到其正常水平的95%， 要完全达到CR正常水平至少需要2小时。 3、外界环境温度对轮胎的滚阻有影响，一般而言，环境温度 越低，轮胎滚动阻力越大。
滚动阻力基本慨念
滚动阻力系数的定义
滚动阻力系数
FR CR Z
FR - 滚动阻力 Z - 负载 为维持正常行驶补尝滚动阻力的损失，轮胎每负载1吨 需5公斤的力，则滚动阻力系数为：
5 CR 100 % 0.05 1000
滚动阻力基本慨念
轮胎滚动阻力损失区域分布
7% 11%
胎冠 带束层 胎体 胎侧 胎圈 其它
滚动阻力基本慨念
滚动阻力的影响
1、滚动阻力会从燃料箱里消耗燃料 2、它不可能被完全消除. 3、滚动阻力可以通过轮胎结构设计及配方设计来降低滚动 阻力。 轮胎制造商在探索降低轮胎滚动阻力的方法应该同时 考虑轮胎的另外两个因素：轮胎的里程寿命与抓地力。 ——这正是轮胎设计的新趋势。
轮胎中对滚动阻力影响的方面